一種石英預製母材的拉伸裝置及其拉伸方法
2023-05-20 07:55:36
專利名稱：一種石英預製母材的拉伸裝置及其拉伸方法
技術領域：
本發明涉及一種將石英預製母材的製造方法，具體的涉及一種石英預製棒的拉伸裝置以及方法，在將石英預製母材拉伸為較小直徑的石英預製棒的拉伸方法中，保證了石英預製母材生產的連續性。
背景技術：
一般而言，為了將石英預製母材拉伸為較小直徑的石英預製棒，通常是利用橫向火焰拉伸技術對石英預製母材進行加熱軟化處理，以拉伸出目標外徑的石英預製棒。隨著工藝技術的提高，石英預製母材的尺寸呈現越來越大的趨勢，現行的橫向火、焰拉伸技術已經無法滿足石英預製母材拉伸的要求，因此在大多數情況下使用具有感應加熱器或電阻加熱器的加熱爐對石英預製母材進行縱向拉伸加工。目前，石英預製母材的縱向拉伸方法主要是採用上下兩個夾具對石英預製母材的兩頭進行上下夾持，使用加熱爐對玻璃石英預製棒的有效區域進行順序軟化，依據等體積原理和PID控制相結合的方式對石英預製棒進行拉伸。上述縱向拉伸設備在高度有限的情況下，當石英預製母材的尺寸過大時很難完成一次拉伸。例如，當延伸塔架高度為8m，直徑為120mm以及有效長度為Im的石英預製母材被拉伸成直徑40mm為石英預製棒後，其長度將達到9m，再加上兩端焊接的上、下把柄，總長將超過11m。即使縱向拉伸設備可以一次性完成拉伸作業，裝卸石英預製棒也是非常困難的。作為對策，一些專利文獻(如中國專利200580002429. 3)公開以下的拉伸方法通過一對金屬材質所構成的挾滾輪的周面設置較母材棒的外徑大的滾輪溝，將延伸後直徑較小的母材棒夾持並引出。這種把母材棒夾持引出的方法，為了防止金屬制的挾滾輪與母材棒接觸，在挾滾輪的表面卷繞固定沒了耐熱材料構成的織布，如此需經常交換耐熱材料構成的織布，造成了成本上升，該交換行為又會影響挾滾輪表面的平整度，使產生出彎曲的母材棒。而且該滾輪設計複雜，加工和安裝難度大，連續生產後出現故障的概率很高，降低了生產效率，同時也增加了生產成本。
發明內容
為克服現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種石英預製母材的拉伸裝置及其拉伸方法。為了解決上述技術問題，實現上述目的，本發明通過如下技術方案實現一種石英預製母材的拉伸裝置，包括上夾具，中夾具，下夾具，拉伸塔架，測徑儀，加熱爐，可編程控制器PLC，所述上夾具安裝在所述加熱爐上方，所述下夾具安裝在所述加熱爐的下方，所述測徑儀連接所述加熱爐，所述中夾具位於所述測徑儀與下夾具之間，所述中夾具的其中一端設置有一切割裝置。進一步的，所述切割裝置包括至少一個刀片。
進一步的，所述切割裝置為一種可從中夾具上卸載的切割裝置。 進一步的，所述可編程控制器PLC分別電性連接所述上夾具，所述中夾具，所述下夾具與所述加熱爐。進一步的，所述拉伸塔架分別固定連接所述上夾具，所述中夾具，所述下夾具與所述加熱爐。進一步的，所述上夾具、中夾具、下夾具、加熱爐均由獨立的伺服電機通過傳動絲杆、絲杆螺母來傳動，可在拉伸塔架上進行垂直方向的上下移動。進一步的，所述測徑儀採用市售測徑儀，是測量精度較高的產品。進一步的，所述加熱爐為感應加熱爐或電阻加熱爐，通過可編程控制器控制加熱爐的移動。
進一步的，所述加熱爐的溫度控制範圍為1800-2200°C。進一步的，所述可編程控制器PLC採用市售德國西門子公司生產的S7-300系列可編程控制器等產品。進一步的，所述上夾具、中夾具和下夾具採用市售夾具，由獨立的伺服電機通過傳動絲杆、絲杆螺母來傳動，通過可編程控制器控制夾具左右旋轉。進一步的，所述石英預製母材的拉伸方法如下拉伸前用測徑儀掃描石英預製母材的外徑，設定石英預製母材的拉伸目標直徑和下夾具的速度，再通過可編程控制器計算爐子經過石英預母材棒上各個點時的速度。以上準備工作結束後，將石英預製母材加熱到1800-2200°C，在拉伸過程中保持這個溫度。在拉伸石英預製棒的起始階段，按照進棒體積和出棒體積不變的原則控制爐子的速度，將石英預製棒拉伸到預設的目標直徑。當石英預製棒拉伸狀態穩定後，使用PID控制方式拉伸後續的芯棒。在延伸過程中中夾具與爐子同步向上移動，當石英預製棒越拉越長，下夾具慢慢接近下限位時，中夾具停止上升，並與下夾具的速度進行同步，用中夾具夾緊石英預製棒，代替下夾具拉伸預製棒。操作切割裝置，用刀片抵住石英預製棒，同步旋轉上、中、下三個夾具，讓刀片充分切割石英預製棒後，收回切割裝置；從側面敲擊石英預製棒，等石英預製棒斷裂後，向下移動下夾具，鬆開下夾具移走石英預製棒和下把柄。卸掉中夾具上的切割裝置，向上移動下夾具至中夾具下方，將下夾具速度與中夾具速度進行同步，下夾具夾緊石英預製棒，鬆開中夾具並將中夾具速度與爐子速度同步，下夾具繼續拉伸石英預製棒。如此，若下夾具再次慢慢接近下限位前，石英預製棒仍未拉伸結束，可重複以上所述方法，對拉伸出的石英預製棒進行多次切割，保證生產的連續性。與現有技術相比，本發明具有以下至少其中之一優點(I)本發明中石英預製母材的拉伸裝置中的切割裝置克服了現有技術存在的因石英預製棒尺寸大、拉伸塔架高度有限而無法一次性拉伸完的缺陷。(2)本發明中石英預製母材的拉伸裝置中的切割裝置能夠穩定、有效且連續的生產出所需的石英預製母材，提高了生產效率，降低了石英預製棒的製造成本。(3)本發明中石英預製母材的拉伸裝置中的切割裝置設計簡易，製作成本低，安裝及卸載方便。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下是本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步詳細的說明。圖I為本發明石英預製棒的拉伸裝置示意圖。圖2為本發明石英預製棒拉伸過程中的切割示意圖。圖中標號說明1、石英預製母材，2、石英預製棒，3、上把柄，4、下把柄，5、上夾具，
6、中夾具，7、下夾具，8、拉伸塔架，9、測徑儀，10、加熱爐，11、可編程控制器，12、切割裝 置。
具體實施例方式參見圖I、圖2所示，本實施例的石英預製母材的拉伸裝置的結構，包括上夾具(5)，中夾具(6)，下夾具(7)，拉伸塔架(8)，測徑儀(9)，加熱爐(10)，可編程控制器PLC(Il)，所述上夾具(5)安裝在所述加熱爐(10)上方，所述下夾具(7)安裝在所述加熱爐
(10)的下方，所述測徑儀(9)連接所述加熱爐(10)，所述中夾具(6)位於所述測徑儀(9)與下夾具(8)之間，所述中夾具￠)的其中一端設置有一切割裝置(12)。進一步的，所述切割裝置(12)包括至少一個刀片。進一步的，所述切割裝置(12)為一種可從中夾具上卸載的切割裝置。進一步的，所述拉伸塔架分別固定連接所述上夾具(5)，所述中夾具￠)，所述下夾具(7)與所述加熱爐(10)。進一步的，所述拉伸塔架分別固定連接所述上夾具(5)，所述中夾具￠)，所述下夾具(7)與所述加熱爐(10)。進一步的，所述上夾具(5)、中夾具(6)、下夾具(7)、加熱爐(10)均由獨立的伺服電機通過傳動絲杆、絲杆螺母來傳動，可進行垂直方向的上下移動。進一步的，所述測徑儀(9)採用市售測徑儀，是測量精度較高的產品。進一步的，所述加熱爐(10)為感應加熱爐或電阻加熱爐，通過可編程控制器控制加熱爐的移動。進一步的，所述加熱爐(10)的溫度控制範圍為1800-2200°C。進一步的，所述可編程控制器PLC(Il)採用市售德國西門子公司生產的S7-300系列可編程控制器等產品。進一步的，所述上夾具(5)、中夾具(6)和下夾具(7)採用市售夾具，由獨立的伺服電機通過傳動絲杆、絲杆螺母來傳動，通過可編程控制器控制夾具上下移動、左右旋轉。以下結合使用本發明實施方式的石英預製母材的拉伸裝置做以詳細介紹。石英預製母材的拉伸方法如下如圖1，2所示，在石英預製母材I的上下兩端分別焊接上把柄3和下把柄4，將上把柄3、下把柄4分別夾持在上夾具5和下夾具6上，且石英預製母材I設置在加熱爐10內部。拉伸前，在可編程控制器11中設定石英預製棒2的目標直徑d，並設定下夾具的速度Vl(20-100mm/min)，再用測徑儀9掃描石英預製棒I的外徑D，可編程控制器PLCll按照進棒體積和出棒體積不變的原則計算出加熱爐經過石英預製棒上各個點時的速度V2。
拉伸時，加熱爐10以速度V2從下至上對石英預製棒I進行順序加熱至1800-2200°C，下夾具7則以速度Vl對石英預製棒I進行拉伸。在拉伸過程中，上夾具5固定不動，下夾具7以恆定速度Vl向下運動，且中夾具6及加熱爐10以速度V2向上運動，該過程中使用PID控制方式拉伸石英預製棒。當石英預製棒2越拉越長，下夾具7慢慢接近下限位時，可編程控制器PLCll控制中夾具6使其停止上升，並使中夾具6以Vl的速度與下夾具7同時向下運動。此時，在與下夾具同步運動過程中中夾具6夾緊石英預製棒 2，代替下夾具7拉伸石英預製棒2。可編程控制器PLCll控制切割裝置12的刀片抵住石英預製棒2，並驅動上5、中6、下7三個夾具同步旋轉，當刀片充分切割石英預製棒2後，收回切割裝置12。此時，從側面敲擊石英預製棒2使其斷裂，並且向下移動下夾具7，下夾具7鬆開後將石英預製棒2和下把柄4同時移走。當石英預製棒2和下把柄4移走後，卸掉中夾具6上的切割裝置12，下夾具7再次向上移動至中夾具6下方，保持下夾具7的速度與中夾具6速度進行同步，下夾具7夾緊石英預製棒2，鬆開中夾具6並將中夾具6的速度與加熱爐的速度進行同步，下夾具7繼續拉伸石英預製棒2。如此，若下夾具7再次慢慢接近下限位前，石英預製棒仍未拉伸結束，則可重複以上所述方法，對拉伸出的石英預製棒2進行多次切割，保證生產的連續性。上述實施例只是為了說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓本領域內的普通技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡是根據本發明內容的實質所作出的等效的變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種石英預製母材的拉伸裝置，包括上夾具(5)，中夾具￠)，下夾具(7)，拉伸塔架(8)，測徑儀(9)，加熱爐(10)，可編程控制器PLC (11)，所述上夾具(5)安裝在所述加熱爐(10)上方，所述下夾具(7)安裝在所述加熱爐(10)的下方，所述測徑儀(9)連接所述加熱爐(10)，所述中夾具(6)位於所述測徑儀(9)與下夾具(8)之間，其特徵在於所述中夾具(6)的其中一端設置有一切割裝置(12)。
2.根據權利要求I所述的石英預製母材的拉伸裝置，其特徵在於所述切割裝置(12)包括至少一個刀片。
3.根據權利要求I所述的石英預製母材的拉伸裝置，其特徵在於所述切割裝置(12)為一種可從中夾具上卸載的切割裝置。
4.根據權利要求I所述的石英預製母材的拉伸裝置，其特徵在於所述可編程控制器PLC(Il)分別電性連接所述上夾具(5)，所述中夾具￠)，所述下夾具(7)與所述加熱爐(10)。
5.根據權利要求I所述的石英預製母材的拉伸裝置，其特徵在於所述拉伸塔架(8)分別固定連接所述上夾具(5)，所述中夾具￠)，所述下夾具(7)與所述加熱爐(10)。
6.根據權利要求3所述的石英預製母材的拉伸裝置，其特徵在於所述上夾具(5)、中夾具￠)、下夾具(7)、加熱爐(10)均由獨立的伺服電機通過傳動絲杆、絲杆螺母來傳動，可在拉伸塔架(8)進行垂直方向的上下移動。
7.根據權利要求I所述的石英預製母材的拉伸裝置，其特徵在於所述加熱爐(10)為感應加熱爐或電阻加熱爐。
8.根據權利要求6所述的石英預製母材的拉伸裝置，其特徵在於所述加熱爐(10)的溫度控制範圍為1800-2200°C。
9.根據權利要求I所述的石英預製母材的拉伸裝置，其特徵在於所述可編程控制器PLC(Il)例如為德國西門子公司生產的S7-300系列可編程控制器。
10.根據權利要求8所述的石英預製母材的拉伸裝置，其特徵在於所述上夾具(5)、中夾具(6)和下夾具(7)由獨立的伺服電機通過傳動絲杆、絲杆螺母來傳動，通過可編程控制器控制夾具左右旋轉。
11.一種石英預製母材的拉伸方法，其特徵在於測徑儀掃描石英預製母材的外徑，設定石英預製母材的拉伸目標直徑和下夾具的速度，再通過可編程控制器計算爐子經過石英預製母材上各個點時的速度。在延伸過程中將石英預製母材加熱到1800-2200°C，中夾具與爐子同步向上移動，下夾具則向下移動拉伸石英預製棒。當石英預製棒越拉越長，下夾具慢慢接近下限位時，中夾具停止上升，並與下夾具的速度進行同步，用中夾具夾緊石英預製棒，代替下夾具拉伸預製棒。操作切割裝置，用刀片抵住石英預製棒，同步旋轉上、中、下三個夾具，讓刀片充分切割石英預製棒後，收回切割裝置；從側面敲擊石英預製棒，等石英預製棒斷裂後，向下移動下夾具，鬆開下夾具移走石英預製棒和下把柄。卸掉中夾具上的切割裝置，向上移動下夾具至中夾具下方，將下夾具速度與中夾具速度進行同步，下夾具夾緊石英預製棒，鬆開中夾具並將中夾具速度與爐子速度同步，下夾具繼續拉伸石英預製棒。
全文摘要
本發明公開了一種石英預製母材的拉伸裝置，包括上夾具，中夾具，下夾具，拉伸塔架，測徑儀，加熱爐，可編程控制器PLC，所述上夾具安裝在所述加熱爐上方，所述下夾具安裝在所述加熱爐的下方，所述測徑儀連接所述加熱爐，所述中夾具位於所述測徑儀與下夾具之間，所述中夾具的其中一端設置有一切割裝置，所述可編程控制器PLC分別電性連接所述上夾具，所述中夾具，所述下夾具與所述加熱爐，所述拉伸塔架分別固定連接所述上夾具，所述中夾具，所述下夾具與所述加熱爐，本發明保證了石英預製母材生產的連續性，提高效率以及節約成本。
文檔編號C03B20/00GK102730944SQ20111009402
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者李曉東, 李要飛, 沈震強, 肖華, 錢建林, 馬建強 申請人:江蘇亨通光電股份有限公司